基于单片机的全彩OLED静态显示驱动接口电路

傅 勇 ，张 雷，胡俊涛，吕国强，c

（合肥工业大学a.光电技术研究院 特种显示技术教育部重点实验室 特种显示技术国家工程实验室 省部共建现代显示技术国家重点实验室；b.仪器科学与光电工程学院；c.计算机与信息学院，安徽 合肥 230009）

0 引言

OLED与薄膜场效应晶体管液晶显示器（TFT-LCD）相比，具有响应快、全彩色、自发光、视角宽、对比度高、低电压、可实现柔性显示等优点，能更好地应用于手机、MP3、小尺寸仪表盘等[1-4]。OLED显示器以其卓越的显示性能成为下一代平板显示器[5]的一个强有力竞争者，目前市场上已出现多种中小尺寸OLED，但配套的驱动接口电路设计[6]很少，笔者拟采用STC11L60XE单片机作为OLED显示模块CMEL CO283QGLD-T的主控制器，尝试在SPI模式下实现OLED全彩静态图片显示。

1 基于SPI的电路设计

1.1CMEL CO283QGLD-T显示模块

CMEL CO283QGLD-T显示模块是240×RGB×320点阵的2.8 in全彩OLED显示模块，集成了S6E63D6驱动器[7]，图1为S6E63D6的结构框图。S6E63D6是一款带控制器的OLED驱动专用芯片，最大可支持240×RGB×320点阵的图形显示，内置容量为240×18×320位的图像存储器（GRAM），向GRAM中写入图像数据可实现65 k、260 k色图片显示。其具有四种可编程彩色显示接口模式：18-/16-/9-/8-位并行接口模式、18-/16-/6-位的RGB接口模式、串行外围设备接口（SPI）模式和高速串行接口（MDDI）模式。S6E63D6内嵌DC-DC电压转换器，提供OLED模块内部像素驱动电压。

1.2 硬件电路设计

实现静态图片显示需预存图像数据，而单片机内部程序空间有限（60 k），不适合存储图像数据，采用Flash存储器作为图像数据存储区能有效地解决这一问题。单片机只需读取Flash存储器中的图像数据，再传送到显示模块即可实现静态图片显示。系统硬件结构框图如图2所示，整个系统采用5 V直流供电，两个电源模块提供整个控制电路所需电压和OLED显示所需电压，微控制器（MCU）模块实现与OLED模块和Flash存储器的通信，并提供了在线编程接口和硬件复位接口，使用SPI协议[8]进行串行通信。

1.2.1 电源模块

电源模块1输出电压3.3 V，为微控制器和接口电路供电。电源模块2采用高效率开关电源，为OLED显示提供正常工作所需的VDD和VSS。鉴于OLED显示屏对供电电压变化极其敏感，而安森美生产的NCP5810芯片[9]输出电压精准、转换率高、封装尺寸小（3.00 mm×3.00 mm×0.55 mm），可提供1%电压容差的精确反馈电压且输出负载瞬态响应好，作为OLED驱动供电电源尤为合适。

1.2.2 微控制器

宏晶科技的STC11/10xx系列单片机[10]相比于传统的89系列及2051系列单片机，成本更低，性能更强，故本设计系统选用STC11L60XE单片机作为微控制器。通过寄存器配置将单片机P3.0/RXD、P3.1/TXD设置为系统可编程（ISP）下载专用通信口。USB和串口转换完成与用户系统的USB连接，实现在用户系统上调试和下载单片机程序。P4.7/RST引脚出厂时就被配置为复位引脚，外接复位电路实现上电复位。P3.4～P3.7预置为时钟（SCK）、数据输入端（SI）、数据输出端（SO）、使能信号（CE），作为单片机与Flash存储器的SPI接口，实现SPI串行通信。P2口部分引脚预置为时钟线（CL）、片选信号（CSB）、数据输出端（SDO）、数据输入端（SDI），作为单片机与OLED显示模块的SPI接口，实现SPI串行通信。将P2.7预置为RE⁃SETB，用于控制整个OLED显示模块的复位。

1.2.3 SPI接口设计

硬件系统中SPI接口部分为：单片机与Flash存储器的SPI通信接口和单片机与OLED显示模块的SPI通信接口。为了行文方便，约定单片机与Flash存储器的SPI通信为SPI模式1，单片机与OLED显示模块的SPI通信为SPI模式2。在SPI模式2下单片机与OLED显示模块的连接采用接插件形式，更改接插件可实现不同尺寸OLED显示模块的硬件接口连接，实现系统设计的通用性。SPI模式1为四线制，包括CE，SCK，SI和SO；SPI模式 2也为四线制，包括 SCL，CSB，SDO，SDI。由于STC11L60XE单片机没有硬件SPI接口，需设置单片机普通I/O口模拟SPI时序进行数据通信。SPI模式1中Flash存储器SST25VF020[11]的器件地址为43H，存储范围为000000H～03FFFFH；SPI模式2中OLED显示模块SPI模式下写指令起始地址为70H，写数据起始地址为72H。

2 软件设计

显示之前，预存储图像数据到Flash存储器，主程序主要完成从Flash中读取数据，然后在SPI方式下通过单片机I/O口向显示模块中的GRAM输入数据实现静态图片显示。主程序软件流程图如图3所示。主要功能包括：1）MCU初始化，设置单片机时钟为外部输入模式，设置ISP通信口和定时器，配置各个I/O口为数字口。软件延时使能电源模块2的正负压输出。2）SPI初始化，将SPI相关的片选信号、时钟信号和数据信号拉高，不产生通信。3）OLED初始化，先配置所需显示制式时钟模式和接口模式，再执行清屏操作（写入数据0x0000），预定义图片显示范围（行列起始地址），最后开显示（允许GRAM中数据显示）。4）读数据，单片机以SPI模式1从Flash存储器中读取相应的位图数据。5）数据写入GRAM，单片机从Flash存储器中读数据的同时以SPI模式2向GRAM中写入数据，写满后停止SPI通信，OLED模块会自动显示GRAM中的图像信息。

单片机模拟SPI模式1的时序需严格按照图4所示的读写时序，任何时候读写需先将片选CE拉低，在SCK的上升沿SI上数据写入，SCK下降沿SO上数据输出。写数据时SO必须保持高阻状态，读数据时SI状态可任意。Flash存储器中数据存储格式为8位。

从Flash中读取数据后，向GRAM中写入数据即可实现OLED显示，而向GRAM中写指令、写数据和读状态都是在SPI模式2下进行的，所以显示子程序关键是模拟实现SPI的读、写时序。SPI模式2下写指令时序如图5所示，初始化时将CSB，SCL和SDI都拉高，先写入器件地址，再写入相应指令，指令格式为16位双字节形式。写操作时需先将片选CSB拉低，在SCL上跳变时SDI上的数据写入，在SCL上升沿时SDI的数据必须保持稳定，结束时将SCL，SDI拉高，同时CSB置1。SPI模式2的写数据时序如图6所示，数据格式为16位，每写一次数据都必须先发送一次8位器件地址，与写指令一样，SCL上升沿时SDI的数据必须保持稳定才能准确写入。

3 实验结果

CMEL CO283QGLD-T显示模块内部GRAM只支持16位格式的图像数据信息，需通过图片转换软件将图片信息转化为8位宽度的位图信息，存储到Flash存储器中。软件编程时需预先将数据格式从8位转化为16位，然后在SPI模式2下逐位传输到GRAM中。图7为SPI模式下的240×320的65 k色静态图片显示效果，图8为RGB（红绿蓝）三色图片显示效果，Flash存储器中还可存储其他测试图片用以显示。

4 结语

本设计实现了一种基于OLED显示模块CMEL CO283QGLD-T的全彩色静态图片显示系统。该系统设计简单可靠，是一套通用的中小尺寸OLED驱动控制系统，同时单片机预留了多个I/O口可作后续扩展功能使用。通过与Flash存储器的SPI通信解决了单片机内部存储空间有限、无法存放过多图片问题。可预置多幅测试图片到Flash存储器进行循环显示，供用户进行相应的OLED显示性能测试。

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